Газоподібні палива
Перші ДВЗ на газовому паливі працювали ще у середині ХІХ сторіччя. Але на сьогодні
вони менш популярні, ніж бензин та дизельне паливо.
Переваги газоподібних палив перед рідкими нафтовими:
- більша екологічна чистота відпрацьованих газів;
- зменшення зносу циліндропоршневої групи внаслідок відсутності змиву мастильної
плівки;
- збільшений строк роботи оливи до заміни через відсутність розбавлення її паливом;
- зниження рівня шуму на 8ч9 дБ.
Недоліки газоподібних палив порівняно з рідкими нафтовими:
- менша літрова потужність;
- більша витрата палива;
- утруднений пуск ДВЗ.
До них належать:
- скраплений нафтовий газ (СНГ);
- компримований природний газ (КПГ);
- скраплений природний газ (СПГ).
Скрапленийнафтовийгаз (СНГ, англ. LPG – liquefied petroleum gas). У нашій країні
випускають 2 марки скрапленого нафтового газу (CНГ) відповідно до ГОСТ 27578-87: ПБА
(пропан-бутан автомобільний) і ПА (пропан автомобільний). ПБА застосовують у всіх
кліматичних районах при температурі навколишнього повітря не нижче -20°C. ПА застосовують
у зимовий період у тих кліматичних районах, де температура навколишнього повітря
опускається нижче -20°C. Склад CНГ (в об'ємних частках) показано у таблиці 2.5.
Позитивною особливістю СНГ є високе октанове число (RON>100), крім того, відсутні
з’єднання сірки та свинцю.
Таблиця 2.5. Склад скраплених нафтових газів
Пропан С3Н8
Бутан С4Н10
Етан С2Н6
ПБА
0,56
0,43
0,01
ПА
0,92
0,07
0,01
Компримованийприроднийгаз (КПГ, англ. CNG – compressed natural gas) виробляється
за ДСТУ ГОСТ 27577:2005 „Газ природний паливний компримований для двигунів
внутрішнього згоряння. Технічні умови” (до 01.07.2006, за ГОСТ 27577-87, цей газ називали
стисненим природним). КПГ не має марок. Його склад (в об'ємних частках):
- метан СН4
- азот N2
- вуглекислий газ СО2
0,95;
0,04;
0,01.
Європейські КПГ мають вміст метану 80ч99%. Завдяки відношенню водню та вуглецю
4:1 (у бензинів – 2,3:1), при згорянні утворюється менша кількість СО2.
КПГ можна використовувати як у бензинових, так і у дизельних ДВЗ при встановленні
відповідного обладнання.
Газодизелі працюють на компримованому природному газі. При цьому наприкінці такту
стиску в камеру згоряння впорскується невелика кількість дизельного палива, що,
самозаймаючись, запалює суміш. При розрахунку газодизеля необхідно враховувати наявність і
газового, і дизельного палива.
Скрапленийприроднийгаз (СПГ, англ. LNG – liquefied natural gas) є криогенною
рідиною. При атмосферному тиску температура кипіння СПГ біля -162єС (111,7 К). При
скрапленні об'єм природного газу зменшується більш ніж в 600 разів, що еквівалентно стиску
газу до тиску 60 МПа.
СПГ майже в 2 рази легше бензину, не токсичний, хімічно не активний; питома теплота
згоряння (12000 ккал/кг або 48500 кДж/кг) – на 12%, а октанове число (105ч107 одиниць) на
13%ч15% вище, ніж у бензину. У продуктах його згоряння втримується менше окису вуглецю й
окислів азоту, чим у КПГ через краще очищення при його скрапленні.
Застосування СПГ замість КПГ дозволяє в 2-3 рази збільшити запас ходу автомобіля
(завдяки більшій щільності рідини в порівнянні з КПГ), підвищити безпеку (тиск у СПГ-баці на
два порядки нижче, ніж у КПГ-балоні) і використати більш чисте паливо (за технологією
виробництва СПГ природний газ перед скрапленням піддається глибокому очищенню).
У цей час у США на СПГ переведено до 25% муніципального автотранспорту, працюють
більше 600 кар'єрних самоскидів, автобуси, навантажувачі, кораблі, тепловози. У США
планують використати СПГ для створення гіперзвукового літака. У Західній Європі цілий ряд
фірм активно займається впровадженням СПГ в автотранспорт, а у Голландії широко
використається СПГ для вогневої обробки ґрунту.
У СРСР в 60ч70 роки на СПГ були випробувані: автомобілі (ЗіЛ-3-138П, ГАЗ-53-17 і ЛАЗ-
099Р), дослідні тепловози, літак ТУ-155, створені авто й залізничні цистерни для зберігання й
перевезення СПГ.
У наш час створено автомобіль на СПГ – КамАЗ (Лентрансгаз), що має наступну
характеристику: місткість криогенного бака – 297 л, робочий тиск до 1,6 МПа, час
бездренажного зберігання до 5 діб, маса заправленого бака 320 кг і пробіг без дозаправлення 300
км. Доцільно застосовувати СПГ у рефрижераторах, де використається не тільки енергія
спалювання СПГ, але й холод для підтримки низької температури в ізотермічній камері. У 1988-
1989 р.г. були випробувані два тепловози ТЭ10Г і один 2Т116М на СПГ із позитивними
результатами. Є перспектива застосування СПГ на залізничному транспорті на
неелектрофіцованих дорогах.
Найбільшими виробниками й експортерами СПГ є Алжир, Лівія, Бруней, Індонезія,
Малайзія, Австралія, Катар і США.
Найбільшим імпортером СПГ є Японія, на частку якої доводиться близько 60% світового
споживання СПГ (більше 70 млрд. м3природного газу). Іншими великими імпортерами є
Південна Корея, Франція, Іспанія. У США й країнах Західної Європи частка СПГ у загальному
газоспоживанні становить до 20%. Уже в 1998 році в США діяли майже 300 об'єктів із
виробництва й зберігання СПГ; більше 20 об'єктів з виробництва й зберігання СПГ
забезпечували заправлення природним газом магістральних тягачів й автобусів. Щоденна
витрата СПГ газобалонними автомобілями США оцінюється приблизно в 80 тонн, що достатньо
для забезпечення 200ч250 автомобілів із криогенною системою зберігання палива на борті.
За кордоном чітко намітилася тенденція до використання СПГ на автотранспорті.
Дослідження останніх років, що виконані фірмами Ford, MAN, Saviem, ToyoMenka й ін., показали
технічну можливість й економічну доцільність широкого використання СПГ на автотранспорті.
Особливо інтенсивно цей напрямок в автомобільній техніці розвивається в США. Так,
компанія Mack у співробітництві з фірмою Waste Management Inc. протягом уже 20 років
успішно займається виробництвом двигунів на СПГ. Сідельний тягач MackCH/LNG, що працює
на СПГ, є найчистішим вантажним автомобілем на американських дорогах і відрізняється
більшим запасом ходу – більше 1000 км. У цей час СПГ як моторне паливо використає й інший
промисловий лідер США – United Parcel Service (UPS). Значні результати у підвищенні
екологічності й економічної ефективності досягаються при використанні СПГ і на легкових
автомобілях. Не випадково провідна автобудівна фірма General Motors підготувала до серійного
виробництва новий автомобіль EV1, що оснащений двигуном ECOTEC з турбонаддувом і
працює на СПГ.
Заправлення СПГ здійснюється на численних стаціонарних автозаправних станціях, куди
скраплений природний газ доставляється в спеціальних криогенних метановозах від
підприємств-виробників. Особливо широка мережа автозаправних станцій створена на південно-
заході США в штатах Каліфорнія, Арізона, Колорадо, Техас, Пенсільванія й т.д.
У США створено й успішно розвивається досить багато фірм, що спеціалізуються на
виробництві газових апаратур і криогенного устаткування для конвертації автомобілів на СПГ.
Так, фірма Kaiser Brencar обслуговує понад 1500 автомобілів, що використають як моторне
паливо СПГ. Нею випускаються криогенні баки місткістю від 70 до 500 л під тиском близько
0,15 МПа й паливні системи живлення рідким газом, що забезпечують беззаправний пробіг
автомобіля на відстань до 450 км.
У Європі виробництвом автомобілів на СПГ займаються такі фірми, як Mercedes-Benz,
MAN, Messer, BMW й ін. Так, у Німеччині фірмами Mercedes-Benz й Messer розроблені
сміттєвози на СПГ. Тільки в м. Франкфурті передбачається використати більше 80 таких
муніципальних машин. Фірмою MAN випробуваний і підготовлений до серійного виробництва
великовантажний рефрижератор на СПГ MAN-19.232, що дозволяє щодня заощаджувати тільки
на виробництві холоду більше 15 л дизельного палива. В останні роки СПГ як моторне паливо
став застосовуватися в Бельгії, Фінляндії, Німеччині, Нідерландах, Норвегії, Франції, Іспанії,
Великобританії й інших країнах.
палив.